大当时，电动机不转，虽然此时电动机不转，但电枢绕组中仍然有交变电流流动，使电动机产生高频振荡，这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦，提高动态性能，但由于这电流的平均值为，不产生平均转矩，就徒然增加了电动机的损耗。型双极性驱动系统的工作状态与波形如下正向运行当要求电动机在较大负载情况下正转工作时，在每个周期的区间，导通，截止，电枢绕组中的电流方向从到，如图中的虚线所示。在每个周期的区间，导通，截止，虽然电枢绕组加反向电压，但由于绕组的负载电流较大，电流的方向仍然不变，只不过电流幅值的下降速率比较大，因此电流的波动较大。电流波形如图本章小结本文通过对于系统设计中的各个部分，进行对比分析论证，选择了较为合适的控制方法。基于的直流可逆调速系统，采用电流环和速度环双闭环控制，用双极性控制，采用控制方式，实习系统要求的可逆调速。第三章调速系统的硬件设计模块系统硬件设计系统主要组成部分为可编程控制器型双极性驱动电路电动机速度检测模块电流与电压检测模块检测信号处理电路触摸屏等部分组成。经过软件调节，输出相应占空比的脉冲，关断或者导通驱动电路，对电动机进行调速电动机的转速和电流电压信号由检测模块经过处理送入中，作为调节的反馈信号，并进行相应的故障判断和处理触摸屏与进行操作信号以及故障信息的交换和传输。硬件整体结构硬件整体结构图模块可编程控制器是控制系统软件运行核心，的选择需要考虑在完成系统控制要求的前提下，保证成本最优化。系统的完整实现，还需要对附加正确的外围电路，以实现对系统的整体控制。详细外围接线图见图。型号选择本系统中采用的控制器为西门子可编程控制器，由于所控制的电动机并非大型电机，且整个系统应归为小型系统，所以选择西门子。类型选择根据系统所需要的输入输出点数以及类型选择的类型。由于所需要的输入和输出点数并不是很多，选择模块。主电路的硬件设计主回路硬件电路系统采用由沟道电力组成的型双极性驱动电路。变换器的直流电源由三相交流电经过整流后产生整流装置采用不可逆的三相桥式二极管整流器通过大电容滤波，以获得恒定的直流电压，为了保护电容器，在其两侧并联作为均压电阻由于电容容量较大，突加电源时相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻，在启动过程和过流故障发生时接入电路中，由软件实现的控制从而完成对限流电阻的接通与否和两端为电压传感器的输入端和为霍尔传感器感应端。型驱动电路部分，与电力反向并联的二极管起到续流作用并联在电力两端的电路为缓冲电路，抑制电力电子器件的过电压，减小器件的开关损耗由于脉宽调制输出的电流脉动较小，所以不外加平波电抗器为光电编码器，与电动机同轴连接，用以测量电动机的转速。元件选择分析电力的选择由于电力驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，且热稳定性较好，所以系统中选择电力作为功率场效应管。电力器件的选择主要从其开关特性功率要求和耐压等方面考虑。电力的开关频率决定了功率转换装置频率的最高限功率损耗决定了其使用的寿命长短型功率转换电路中的上施加的电压约为电源电压的两倍，而电源电压则是由直流电机的最大工作电压决定的，为此，必须考虑耐压问题。由于系统中直流电机工作的额定电流为，且电路中流过电力的最大电流为，因此选择英飞凌公司型号为的电力管。与电力反并联的续流二极管需选择快恢复二极管，选择快恢复二极管。泵升电压保护器件的选择本系统中设计了对泵升电压的限制保护，采用功率开关器件来完成对镇流电阻的接入和切除，当检测的电压高于设定值时，需要对泵升电压进行限制，通过的导通来接入镇流电阻。选择型号为的，管内含有二极管，在电路中出现泵升电压时，由软件实现的导通能够保证对泵升电压的限制整流侧参数的确定本系统选择使用整流二极管构成三相桥式不可控整流电路结构。由于电动机额定电流为，额定电压为，整流电路输出的电流电压大小需满足这些要求。对于三相不可控整流桥，输出电压平均值与输入电压之间的关系为式中，为经过电抗器的输出电压，为。由此计算出为，而由于变换器的直流电压最大利用率为实际运行时般为，实际能够使用的电压最大值为。空载时，输出电压平均值最大，为，因此整流二极管在工作时，需要承受最大值的正向电压。在整流二极管处于关断期间，需要承受最大反向电压为。实际应用中，需要考虑到电网电压波动等因素对器件的影响，需要乘以个裕量系数，取为。因此，整流二极管的最大反向电压值应满足，即。缓冲电路缓冲电路的工作原理当开通时，缓冲电容先通过电阻向放电，使电流先上个台阶，避免了瞬时电流过大。当管关断时，二极管导通，负载电路通过二极管给电容充电，减轻了的负担，使电压缓慢上升，减小电压超调。吸收二极管必须选用快速恢复型二极管，为了减小二极管的反向电流，要求采用反向恢复时间短的快速二极管。在此选用快速恢复二极管。操作电路设计在控制系统的设计中，需要考虑到系统的安全和稳定运行情况。本系统中设计个总开关用以接通控制器操作回路和控制回路，当闭合时，控制回路和操作回路带电，为主回路的运行提供保障，并且为供电。尔后需要按下自检按钮，通过软件实现系统状态的自检查，若系统当前状态正常，则允许对操作回路进行闭合，从而允许接通主回路。操作回路完成对主回路的远程控制。触点由程序控制，当经过自检得到无异常现象的结论后，驱动继电器的线圈得电，闭合，此时才允许在闭合操作回路中的启动按钮的情况下，使主回路接通若自检结果出现异常，即使按下启动按钮也不能接通主电路，以免发生故障。系统的控制电路设计电流环设计确定时间常数整流装置滞后时间常数。三相桥式电路的平均失控时间电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是，为了基本滤平波头，应有，因此取电流环小时间常数。按小时间常数近似处理，取。确定将电流环设计成何种典型系统根据设计要求电流超调量，保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电流调节器。电流调节器的结构选择电流调节器选用型，其传递函数为用的编程语言有以下几种梯形图语言助记符语言逻辑功能图语言和高级语言。本文设计采用了模块化的方式，将主程序根据功能分成了各个子程序，使条理更清晰，也便于程序的书写与调试。符合当前编程的技术和工程理念。前面已经讨论了转速给定转速反馈电流反馈电压与的输入联接问题。要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在内部完成，数字给定也是用软件方法在内部设定。经分析，系统程序由主程序电流环子程序及转速环子程序等组成。控制系统程序设计编程环境本设计的数字控制器为可编程控制器，在编程软件下进行程序的编译和监控运行。可编程控制器有梯形图语句表功能块图顺序功能图等几种不同的编程语言。由于梯形图是由传统的继电器控制系统演变而来，继承了继电器控制系统中的基本工作原理和电气逻辑关系表示方法，使得采用梯形图编程时具有直观清晰的特点。本设计中即采用梯形图进行程序的编写。基本思路系统软件部分整体设计框图如图所示。控制系统主程序设计主程序模块的程序流程图如图所示。系统运行时，主程序处于循环扫描状态。在系统运行的最初阶段，需要对操作回路和控制回路进行自检，确保操作回路和控制回路无故障后，方可进行下步操作。在主程序中设置自检功能模块。在第个扫描周期内，若自检按钮按下，则检查的输入和输出状态是否正确，不管正确与否都进行相应的状态显示，若不正确，立即使主机由模式切换到模式，否则，允许对系统进行进步操作并且在每个扫描周期都进行如下操作读取供电电流负载电流以及供电电压的当前值进行故障诊断和故障排除及警告修改所有与触摸屏操作相关的内存状态位扫描转速允许状态位，并且在转速允许的情况下调用测速子程序。程序不断的查询状态标志，调用各个功能子程序，并且在扫描的过程中等待中断程序的发生。控制系统子程序设计速度初始化子程序速度给定信号是调速系统的主令控制信号，模拟系统中常用电位器调节给出在构成的系统中，例如要实现图所示的软起动数字给定，可利用图的梯形图。当接通后，中的数据即从逐渐地变到最终值，所需时间为个扫描周期。图软启动数字给定图软启动数字给定梯形图扫描周期存于监控启动停车当输出结束达到值时，由于为状态，则倾斜输出的最终值可保持住。由此，可获得图所示的给定变化规律，合理设计梯形图还可获得软停止及其他变化规律的数字给定。转速检测子程序速度检测常用的方法之是用测速发电机将转速转换成电压，然后进行反馈。系统中需将这电压进行转换才能输入，方法之二是采用主轴脉冲发生器作为速度反馈检测元件，它可将转速转换成频率信号，以脉冲的方式输入，通过计数器定时计数即可测出电机主轴转速。本系统采用方法二。在转速电流双闭环调速系统中，根据工程实际情况般转速环的采样周期取，为此可使用定时计数方法来测量速度。在中，设有速度检测功能指令，它可测出内的脉冲数，并将其送给内的数据寄存器用于速度控制。检测速度的功能指令梯形图见图图转速检测功能指令梯形图调速系统中转速检测码盘装在电机主轴上，以速度转动，接近开关将转速转换成脉冲信号送至的高速计数输入端。上述梯形图中指定了计数脉冲输入端为端子指定了计数时间以为单位，由于转速环采样周期选为，故为指定了计数结果存放处，此处存放内的计数值，数据寄存器的值可接在内参与运算。转速与的关系为式中编码盘每转周所对应的脉冲数指定的计数时间电流检测子程序双闭环调速系统中电流检测的常用方法是用电流互感器将整流变压器二次侧的交流电流变换成的交流电压，经二极管整流及阻容滤波变成直流电压，模拟系统直接将